不同物態樣品紅外透射光譜的測定

不同物態樣品紅外透射光譜的測定

一、實驗目的

    1.了解紅外光譜儀的基本組成和工作原理;

    2.掌握紅外光譜分析時各種物態試樣的制備及測試方法;

    3.熟悉化合物不同基團紅外吸收頻率范圍，學會用標準數據庫進行圖譜檢索及化合物結構鑒定的基本方法。 

二、實驗原理 

紅外光譜分析是研究分子振動和轉動信息的分子光譜。當化合物受到紅外光照射時，化合物中某個化學鍵的振動或轉動頻率與紅外光頻率相當等，就會吸收光能，并引起分子永久偶極矩的變化, 產生分子振動和轉動能級從基態到激發態的躍遷, 使相應頻率的透射光強度減弱；分子中不同的化學鍵振動頻率不同，會吸收不同頻率的紅外光，檢測并記錄透過光強度與波數（1/cm）或波長的關系曲線，就可得到紅外光譜。紅外光譜反映了分子化學鍵的特征吸收頻率，可用于化合物的結構分析和定量測定。

根據實驗技術和應用的不同，我們將紅外光劃分為三個區域：近紅外區（0.75-2.5μm; υ: 13158-4000），中紅外區（2.5-25μm; υ:4000-400）和遠紅外區（25-1000μm; υ:400-10）分子振動伴隨轉動大多在中紅外區，一般的紅外光譜都在此波數區間進行檢測。

  紅外光源傅里葉變換紅外光譜儀主要由紅外光源、邁克爾遜干涉儀、檢測器、計算機和記錄系統五部分組成；紅外光經邁克爾遜干涉儀照射樣品后，再經檢測器將檢測到的信號以干涉圖的形式送往計算機，進行付里葉變換的數學處理，最后得到紅外光譜。

三、儀器和試劑

  FTIR-360紅外光譜儀（美國尼高力公司）、壓片機和壓片模具、固體、液體及溶液裝樣器具（日本島津公司）、研缽、KBr 、NaCl鹽片、KBr（光譜純）, 液體石蠟、丙酮、乙醇、正丁醇、乙酰苯胺（試劑均為A.R級）、聚苯乙烯薄膜、苯乙烯馬來酸酐共聚物  

四、實驗步驟

1. 樣品的制備

(1)固體樣品的制備

(a)溴化鉀壓片

  取約1mg固體試樣于干凈的瑪瑙研缽中,在紅外燈下研磨成細粉,再加約200mg干燥 KBr粉末一起研磨，直至二者完全混合均勻（顆粒約為2μm以下）。取出壓片模具，將一壓舌光面向上放入模芯中，套上套環，用樣品勺將樣品小心加入模具中,堆積均勻,另取一壓舌光面向下放入模芯中，稍加壓力使樣品鋪平，蓋上上罩。把裝好的模具放在油壓機上，關閉氣壓閥，手動加壓直至壓力表指示約為400 Kgf時，停止加壓，保持1_~3分鐘;放氣泄壓。取出模具,將樣品脫模，得一透明圓片,用小鑷子將其放在試樣架上，插入檢測池測定紅外光譜圖。

(b)液體石蠟研糊

  取約2-3mg固體試樣于干凈的瑪瑙研缽中研細,滴加1-2液體石蠟后，充分研磨混勻呈糊狀,在紅外燈下干燥，取出樣品架和KBr(或NaCl)鹽片，將研磨好的樣品用不銹鋼勺刮到鹽片上, 涂勻后壓上另一鹽片,裝入樣品架下面板，位置調整適當后，插入上面板，將樣品架的對角用螺絲旋緊固定,然后插入檢測池測定紅外光譜圖。

(c) 薄膜法（多用于高分子化合物的測定）：

  通常將試樣熱壓成膜,將膜夾在兩鹽片之間，放入樣品架固定，測定其紅外圖譜（薄膜樣品可直接采用此法測定）。也可將聚合物溶于適當的溶劑中（濃度為1-20%），然后將溶液滴在鹽片上攤勻，在紅外燈下使溶劑逐漸揮發成膜后，蓋上另一鹽片，裝入樣品架固定，插入檢測池測定紅外光譜圖。

(2)液體樣品的制備

  液膜法:

  對于高沸點，低粘度的樣品，可將樣品直接滴在鹽片上，蓋上另一鹽片；對于粘度較大 的樣品，用不銹鋼勺將少許樣品涂在鹽片表面，在紅外燈下烘烤，將樣品刮勻，蓋上另一鹽片，使兩鹽片之間形成一定厚度的液膜，裝入樣品架固定，插入檢測池測定紅外光譜圖。

對于低沸點易揮發的樣品，應采用封閉型式液體池檢測。

(3)氣體樣品的制備

  取出氣體進樣槽(見圖)，打開進樣槽兩活塞中任意一個，將其與真空泵相連接；打開真空泵，抽出空氣槽內原有的空氣，關閉抽氣活塞及油泵開關。將氣體樣品接入樣槽任意一個入口，打開活塞注樣，氣體樣品吸收峰強度的大小是通過調整氣槽內樣品壓力實現的，因此在注樣時，可將氣槽另一入口和壓力計相連，使氣槽壓力控制在所需范圍內進行檢測。

2. 樣品檢測

 (1)打開Avatar 360 FT-IR光譜儀電源開關; 擊開電腦中omnic version 6.0 軟件，設置實驗參數。 

 (2)測定空氣背景。 

    (3)將預先制備好的樣品放插入樣品架，測定紅外圖譜。

五、注意事項

  1.溴化鉀制時樣品的濃度和片的厚度應適當，在樣品研磨、放置和過程 中應特別注意干燥。

  2. 切不可用手觸摸NaCl、KBr鹽片表面；用丙酮清洗鹽片，鏡頭紙或脫脂棉擦拭后，

放入干燥器保存。

  3. 液體樣品制備前應干燥除水，水溶液應使用CaF₂或 BaF₂窗片；腐蝕 性樣品切不可用常規鹽片制備。

六、實驗結果及解析

本實驗一個未知樣固體樣和一個未知液體的紅外吸收光譜進行了測定。下面對譜圖進行簡要分析：

 （1） 未知固體樣

在未知樣的紅外圖譜中，

    79183.75px^-1附近為芳烴的C-H伸縮和彎曲振動，環的伸縮和變形振動以及合頻振動產生的譜帶；1668.20 cm^-1為C=0伸縮振動峰；40056.75px^-1，1518.94 cm^-1，36365.75px^-1，34667.75px^-1為芳環的骨架伸縮振動峰；1315.78 cm^-1，1290.02 cm^-1為C=O伸縮振動；21472.25px^-1，19121.75px^-1，17616px^-1為C-H的面外變形振動；

故該物質可能為C₇H₆O₂.

(2)  石蠟液體樣  

在液體石蠟油的紅外譜圖中，波數為73882.75px^-1為-CH3的反對稱伸縮振動；波數為2924.23 cm^-1為-CH2的反對稱伸縮振動；波數為71351.75px^-1為-CH2的對稱伸縮振動；波數為36482.75px^-1為-CH3的分對稱變形振動δ_反對稱；波數為34431.5px^-1為-CH3對稱變形振動的δ_對稱；波數為18172.5px^-1為-（CH2）n的面內搖擺振動。

七、問題思考

1. 為什么紅外光譜檢測要采用特殊的制樣方法？

答：紅外光譜在聚合物分析和鑒定中有著極為重要而又非常廣泛的應用。聚合物紅外光譜分析中非常關鍵的一步是樣品的制備，紅外光譜的質量在很大程度上取決于制樣方法。例如KBr壓片法，是將高聚物樣品研細后和KBr粉末混研，待樣品與KBr混合均勻，裝入模具內放在油壓機上加壓，使成為透明的晶片。

2.那些樣品不適宜采用溴化鉀壓片制樣？

答：高聚物很難研成粉末，因此很難采用溴化鉀壓片。